Metabolik Tepkimelere Genel Bakış
Metabolik süreçler vücutta sürekli olarak gerçekleşir. Metabolizma, katabolizma ve anabolizmaya dahil olan tüm kimyasal tepkimelerin toplamıdır. Enerji elde etmek için gıdanın parçalanmasını yöneten tepkimelere katabolik tepkimeler denir. Tersine, anabolik tepkimeler, vücudun amino asitleri bir araya getirerek proteinleri oluşturması gibi, daha küçük moleküllerden daha büyük moleküller sentezlemek için katabolik tepkimeler tarafından üretilen enerjiyi kullanır. Her iki tepkime grubu da yaşamın sürdürülmesi için kritik öneme sahiptir.
Katabolik tepkimeler enerji ürettiğinden ve anabolik tepkimeler enerji kullandığından, ideal olarak enerji kullanımı üretilen enerjiyi dengeleyecektir. Net enerji değişimi pozitifse (katabolik tepkimeler anabolik tepkimelerin kullandığından daha fazla enerji açığa çıkarır), vücut fazla enerjiyi uzun süreli depolama için yağ molekülleri oluşturarak depolar. Öte yandan, net enerji değişimi negatifse (katabolik tepkimeler anabolik tepkimelerin kullandığından daha az enerji açığa çıkarırsa), vücut katabolizma tarafından açığa çıkarılan enerji eksikliğini telafi etmek için depolanmış enerjiyi kullanır.
Katabolik Tepkimeler
Katabolik tepkimeler büyük organik molekülleri daha küçük moleküllere ayırarak kimyasal bağlarda bulunan enerjiyi serbest bırakır. Bu enerji salınımları (dönüşümleri) yüzde 100 verimli değildir. Açığa çıkan enerji miktarı, molekülde bulunan toplam miktardan daha azdır. Katabolik tepkimelerden elde edilen enerjinin yaklaşık yüzde 40'ı doğrudan yüksek enerji molekülü adenozin trifosfata (ATP) aktarılır. Hücrelerin enerji para birimi olan ATP, hücre, doku ve organ işlevini destekleyen moleküler makinelere güç sağlamak için hemen kullanılabilir. Bu, yeni doku oluşturmayı ve hasarlı dokuyu onarmayı içerir. ATP ayrıca gelecekteki enerji taleplerini karşılamak için depolanabilir. Katabolik tepkimelerden açığa çıkan enerjinin geri kalan yüzde 60'ı, dokuların ve vücut sıvılarının emdiği ısı olarak verilir.
Yapısal olarak ATP molekülleri bir adenin, bir riboz ve üç fosfat grubundan oluşur (aşağıdaki şekil). Yüksek enerji bağı olarak adlandırılan ikinci ve üçüncü fosfat grupları arasındaki kimyasal bağ, bir hücredeki en büyük enerji kaynağını temsil eder. Bunlar, hücreler iş yapmak için enerjiye ihtiyaç duyduğunda katabolik enzimlerin kırdığı ilk bağdır. Bu tepkimenin ürünleri bir molekül adenozin difosfat (ADP) ve yalnız bir fosfat grubudur (Pi). ATP, ADP ve Pi, ATP oluşturan ve enerji depolayan tepkimeler ve ATP'yi parçalayan ve enerjiyi serbest bırakan tepkimeler yoluyla sürekli olarak çevrilir.
ATP'den gelen enerji, kasların kasılması, sinir hücrelerinin elektrik potansiyelinin korunması ve gastrointestinal sistemdeki gıdaların emilmesi gibi tüm vücut fonksiyonlarını harekete geçirir. ATP üreten metabolik tepkimeler çeşitli kaynaklardan gelir (aşağıdaki şekil).
Sindirim yoluyla işlenen dört ana makromoleküler gruptan (karbonhidratlar, lipitler, proteinler ve nükleik asitler) karbonhidratlar vücuda yakıt sağlayan en yaygın enerji kaynağı olarak kabul edilir. Bunlar kompleks karbonhidratlar, nişasta ve glikojen gibi polisakkaritler ya da glikoz ve fruktoz gibi basit şekerler (monosakkaritler) şeklindedir. Şeker katabolizması polisakkaritleri tek tek monosakkaritlerine ayırır. Monosakkaritler arasında glikoz, hücrelerde ATP üretimi için en yaygın yakıttır ve bu nedenle kan dolaşımındaki glikoz konsantrasyonunu düzenlemek için bir dizi endokrin kontrol mekanizması vardır. Fazla glikoz ya karaciğer ve iskelet kaslarında kompleks polimer glikojen olarak enerji rezervi olarak depolanır ya da yağ hücrelerinde (adipositler) yağa (trigliserit) dönüştürülür.
Yağlar arasında trigliseridler, β-oksidasyon adı verilen metabolik bir süreç yoluyla enerji için en sık kullanılanlardır. Fazla yağın yaklaşık yarısı deri altındaki subkutan dokuda biriken adipositlerde depolanırken, geri kalanı diğer doku ve organlardaki adipositlerde depolanır.
Polimer olan proteinler, monomerlerine, yani tek tek amino asitlerine ayrılabilir. Amino asitler yeni proteinlerin yapı taşları olarak kullanılabilir veya ATP üretimi için daha fazla parçalanabilir. Kişi kronik olarak aç kaldığında, enerji üretimi için amino asitlerin bu şekilde kullanılması, daha fazla protein parçalandıkça vücudun tükenmesine yol açabilir.
Nükleik asitler yediğiniz gıdaların çoğunda bulunur. Sindirim sırasında, DNA ve çeşitli RNA'lar dahil olmak üzere nükleik asitler, kendilerini oluşturan nükleotidlere ayrılır. Bu nükleotidler kolayca emilir ve nükleik asit metabolizması sırasında tek tek hücreler tarafından kullanılmak üzere vücut boyunca taşınır.
Anabolik Tepkimeler
Katabolik tepkimelerin aksine, anabolik tepkimeler daha küçük moleküllerin daha büyük moleküllere katılmasını içerir. Anabolik tepkimeler monosakkaritleri birleştirerek polisakkaritleri, yağ asitlerini birleştirerek trigliseritleri, amino asitleri birleştirerek proteinleri ve nükleotitleri birleştirerek nükleik asitleri oluşturur. Bu süreçler, katabolik tepkimeler tarafından üretilen ATP molekülleri şeklinde enerji gerektirir. Biyosentez tepkimeleri olarak da adlandırılan anabolik tepkimeler, yeni hücre ve dokuları oluşturan yeni moleküller yaratır ve organları canlandırır.
Metabolizmanın Hormonal Düzenlenmesi
Vücuttaki katabolik ve anabolik hormonlar metabolik süreçlerin düzenlenmesine yardımcı olur. Katabolik hormonlar moleküllerin parçalanmasını ve enerji üretimini uyarır. Bunlar kortizol, glukagon, adrenalin/epinefrin ve sitokinleri içerir. Tüm bu hormonlar vücudun ihtiyaçlarını karşılamak için belirli zamanlarda harekete geçirilir. Anabolik hormonlar moleküllerin sentezi için gereklidir ve büyüme hormonu, insülin benzeri büyüme faktörü, insülin, testosteron ve östrojeni içerir. Aşağıdaki tablo katabolik hormonların her birinin işlevini, iki aşağıdaki tablo ise anabolik hormonların işlevlerini özetlemektedir.
| Hormon | İşlev |
| Kortizol | Strese yanıt olarak adrenal bezden salınır; ana rolü glukoneogenez (yağ ve proteinlerin parçalanması) yoluyla kan glukoz seviyelerini artırmaktır |
| Glukagon | Açlık çekerken ya da vücudun ek enerji üretmesi gerektiğinde pankreastaki alfa hücrelerinden salınır; kan glikoz seviyelerini artırmak için karaciğerdeki glikojenin parçalanmasını uyarır; etkisi insülinin tam tersidir; glukagon ve insülin kan glikoz seviyelerini dengeleyen negatif geri besleme sisteminin bir parçasıdır |
| Adrenalin/epinefrin | Sempatik sinir sisteminin aktivasyonuna yanıt olarak salınır; kalp atış hızını ve kalp kasılmasını artırır, kan damarlarını daraltır, akciğerlerdeki hava hacmini artırmak için akciğer bronşlarını açan (genişleten) bir bronkodilatördür ve glukoneogenezi uyarır |
| Hormon | İşlev |
| Büyüme hormonu (GH) | Hipofiz bezinden sentezlenir ve salınır; hücrelerin, dokuların ve kemiklerin büyümesini uyarır |
| İnsülin benzeri büyüme faktörü (IGF) | Kas ve kemik büyümesini uyarırken aynı zamanda hücre ölümünü (apoptoz) engeller |
| İnsülin | Pankreasın beta hücreleri tarafından üretilir; karbonhidrat ve yağ metabolizmasında önemli bir rol oynar, kan glikoz seviyelerini kontrol eder ve glikozun vücut hücrelerine alımını teşvik eder; kas, yağ dokusu ve karaciğerdeki hücrelerin kandaki glikozu almasına ve glikojen olarak karaciğer ve kasta depolamasına neden olur; etkisi glukagonun tersidir; glukagon ve insülin, kan glikoz seviyelerini dengeleyen negatif geri besleme sisteminin bir parçasıdır |
| Testosteron | Erkeklerde testisler, kadınlarda yumurtalıklar tarafından üretilir; kas kütlesi ve gücünün artmasının yanı sıra kemiğin büyümesini ve güçlenmesini uyarır |
| Östrojen | Öncelikle yumurtalıklar tarafından üretilir, ayrıca karaciğer ve adrenal bezler tarafından da üretilir; anabolik işlevleri arasında metabolizmayı ve yağ birikimini artırmak yer alır |
| …BOZUKLUKLARI Metabolik Süreçler: Cushing Sendromu ve Addison Hastalığı Metabolizma gibi temel bir fizyolojik süreç için beklenebileceği gibi, metabolik işlemedeki hatalar veya arızalar bir patofizyolojiye veya düzeltilmediği takdirde bir hastalık durumuna yol açar. Metabolik hastalıklar çoğunlukla bir veya daha fazla metabolik yol için kritik olan proteinlerin veya enzimlerin hatalı çalışmasının sonucudur. Protein veya enzim arızası genetik bir değişiklik veya mutasyonun sonucu olabilir. Bununla birlikte, normal işleyen proteinler ve enzimler, mevcudiyetleri metabolik ihtiyaçla uygun şekilde eşleştirilmezse zararlı etkilere de sahip olabilir. Örneğin, kortizol hormonunun aşırı üretimi (iki yukarıdaki tablo) Cushing sendromuna yol açar. Klinik olarak Cushing sendromu, özellikle gövde ve yüz bölgesinde hızlı kilo alımı, depresyon ve anksiyete ile karakterizedir. Adrenokortikotropik hormon (ACTH) üreten ve daha sonra adrenal korteksi aşırı kortizol salgılaması için uyaran hipofiz tümörlerinin de benzer etkiler yarattığını belirtmek gerekir. Kortizolün aşırı üretiminin bu dolaylı mekanizması Cushing hastalığı olarak adlandırılır. Cushing sendromlu hastalarda yüksek kan şekeri seviyeleri görülebilir ve obez olma riski artar. Ayrıca yavaş büyüme, omuzlar arasında yağ birikimi, zayıf kaslar, kemik ağrısı (çünkü kortizol, glukoneogenez yoluyla glikoz yapmak için proteinlerin parçalanmasına neden olur) ve yorgunluk gösterirler. Diğer semptomlar arasında aşırı terleme (hiperhidroz), kılcal damar genişlemesi ve kolay morarmaya yol açabilen cilt incelmesi yer alır. Cushing sendromuna yönelik tedavilerin tümü aşırı kortizol seviyelerini azaltmaya odaklanır. Aşırılığın nedenine bağlı olarak, tedavi kortizol merhemlerinin kullanımının kesilmesi kadar basit olabilir. Tümör vakalarında, rahatsız edici tümörü çıkarmak için genellikle ameliyat kullanılır. Ameliyatın uygun olmadığı durumlarda, tümörün boyutunu küçültmek veya adrenal korteksin bazı kısımlarını yok etmek için radyasyon tedavisi kullanılabilir. Son olarak, kortizol miktarını düzenlemeye yardımcı olabilecek ilaçlar mevcuttur. Yetersiz kortizol üretimi de aynı derecede sorunludur. Adrenal yetmezlik veya Addison hastalığı, adrenal bezden kortizol üretiminin azalması ile karakterizedir. Böbreküstü bezlerinin arızalanmasından -yeterli kortizol üretmemelerinden- kaynaklanabilir veya hipofizden ACTH mevcudiyetinin azalmasının bir sonucu olabilir. Addison hastalığı olan hastalarda sodyum kaybı ve yüksek kan potasyum seviyeleri (hiperkalemi) nedeniyle düşük tansiyon, solukluk, aşırı halsizlik, yorgunluk, yavaş veya halsiz hareketler, baş dönmesi ve tuz isteği olabilir. Mağdurlar ayrıca iştahsızlık, kronik ishal, kusma, ağız lezyonları ve yamalı cilt renginden muzdarip olabilirler. Teşhis tipik olarak adrenal ve hipofiz bezlerinin kan testleri ve görüntüleme testlerini içerir. Tedavi, genellikle ömür boyu sürdürülmesi gereken kortizol replasman tedavisini içerir. |
Oksidasyon-Redüksiyon Tepkimeleri
Metabolizmanın altında yatan kimyasal tepkimeler, enzimler tarafından katalize edilen süreçlerle elektronların bir bileşikten diğerine aktarılmasını içerir. Bu reaksiyonlardaki elektronlar genellikle bir elektron ve bir protondan oluşan hidrojen atomlarından gelir. Bir molekül, bir hidrojen iyonu (H+) ve bir elektron şeklinde bir hidrojen atomu vererek molekülü daha küçük parçalara ayırır. Bir elektronun kaybı veya oksidasyon, az miktarda enerji açığa çıkarır; hem elektron hem de enerji daha sonra indirgeme veya bir elektron kazanma sürecinde başka bir moleküle aktarılır. Bu iki tepkime her zaman bir oksidasyon-redüksiyon tepkimesinde (redoks tepkimesi olarak da adlandırılır) birlikte gerçekleşir - bir elektron moleküller arasında geçtiğinde, verici oksitlenir ve alıcı indirgenir. Yükseltgenme-indirgenme tepkimeleri genellikle bir seri halinde gerçekleşir, böylece indirgenen bir molekül daha sonra oksitlenir ve sadece aldığı elektronu değil, aynı zamanda aldığı enerjiyi de aktarır. Bir dizi tepkime ilerledikçe, vücudun yakıt olarak kullandığı yüksek enerjili molekül olan ATP'yi oluşturmak üzere Pi ve ADP'yi birleştirmek için kullanılan enerji birikir.
Oksidasyon-redüksiyon tepkimeleri, hidrojen atomlarının uzaklaştırılmasını tetikleyen enzimler tarafından katalize edilir. Koenzimler enzimlerle birlikte çalışır ve hidrojen atomlarını kabul eder. Oksidasyon-redüksiyon tepkimelerinin en yaygın iki koenzimi nikotinamid adenin dinükleotid (NAD) ve flavin adenin dinükleotiddir (FAD). İlgili indirgenmiş koenzimleri NADH ve FADH2'dir ve bunlar ATP'nin oluşturulması sırasında enerji aktarımı için kullanılan enerji içeren moleküllerdir.
Önceki Ders: Metabolizma ve Beslenme (Başlangıç)
Sonraki Ders: Karbonhidrat Metabolizması
Yorumlar
Yorum Gönder